JAVA動態代理
代理模式
為其他對象提供一個代理以控制對某個對象的訪問。代理類主要負責為委托了（真實對象）預處理消息、過濾消息、傳遞消息給委托類，代理類不現實具體服務，而是利用委托類來完成服務，並將執行結果封裝處理。
其實就是代理類為被代理類預處理消息、過濾消息並在此之后將消息轉發給被代理類，之后還能進行消息的后置處理。代理類和被代理類通常會存在關聯關系(即上面提到的持有的被帶離對象的引用)，代理類本身不實現服務，而是通過調用被代理類中的方法來提供服務。
客戶端對象 -> 代理對象 -> 目標對象
目的：
- 1.控制客戶端對象對目標對象的訪問。
- 2.通過代理對象，實現對目標對象的功能增強。
靜態代理
創建一個接口，然后創建被代理的類實現該接口並且實現該接口中的抽象方法。之后再創建一個代理類，同時使其也實現這個接口。在代理類中持有一個被代理對象的引用，而后在代理類方法中調用該對象的方法。
接口：
public interface HelloInterface {
void sayHello();
}
被代理類：
public class Hello implements HelloInterface{
@Override
public void sayHello() {
System.out.println("Hello zhanghao!");
}
}
代理類：
public class HelloProxy implements HelloInterface{
private HelloInterface helloInterface = new Hello();
@Override
public void sayHello() {
System.out.println("Before invoke sayHello" );
helloInterface.sayHello();
System.out.println("After invoke sayHello");
}
}
代理類調用：
被代理類被傳遞給了代理類HelloProxy，代理類在執行具體方法時通過所持用的被代理類完成調用。
public static void main(String[] args) {
HelloProxy helloProxy = new HelloProxy();
helloProxy.sayHello();
}
//輸出：
//Before invoke sayHello
//Hello zhanghao!
//After invoke sayHello
使用靜態代理很容易就完成了對一個類的代理操作。但是靜態代理的缺點也暴露了出來：由於代理只能為一個類服務，如果需要代理的類很多，那么就需要編寫大量的代理類，比較繁瑣。
動態代理
利用反射機制在運行時創建代理類。
接口、被代理類不變，我們構建一個handler類來實現InvocationHandler接口。
public class ProxyHandler implements InvocationHandler{
private Object object;
public ProxyHandler(Object object){
this.object = object;
}
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
System.out.println("Before invoke " + method.getName());
method.invoke(object, args);
System.out.println("After invoke " + method.getName());
return null;
}
}
執行動態代理：
public static void main(String[] args) {
System.getProperties().setProperty("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");
HelloInterface hello = new Hello();
InvocationHandler handler = new ProxyHandler(hello);
HelloInterface proxyHello = (HelloInterface) Proxy.newProxyInstance(
hello.getClass().getClassLoader(),
hello.getClass().getInterfaces(), handler
);
proxyHello.sayHello();
}
//輸出：
//Before invoke sayHello
//Hello zhanghao!
//After invoke sayHello
通過Proxy類的靜態方法newProxyInstance返回一個接口的代理實例。針對不同的代理類，傳入相應的代理程序控制器InvocationHandler。
如果新來一個被代理類Bye，如：
public interface ByeInterface {
void sayBye();
}
public class Bye implements ByeInterface {
@Override
public void sayBye() {
System.out.println("Bye zhanghao!");
}
}
那么執行過程：
public static void main(String[] args) {
System.getProperties().setProperty("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");
HelloInterface hello = new Hello();
ByeInterface bye = new Bye();
InvocationHandler handler = new ProxyHandler(hello);
InvocationHandler handler1 = new ProxyHandler(bye);
HelloInterface proxyHello = (HelloInterface) Proxy.newProxyInstance(
hello.getClass().getClassLoader(),
hello.getClass().getInterfaces(),
handler
);
ByeInterface proxyBye = (ByeInterface) Proxy.newProxyInstance(
bye.getClass().getClassLoader(),
bye.getClass().getInterfaces(),
handler1
);
proxyHello.sayHello();
proxyBye.sayBye();
}
//輸出：
//Before invoke sayHello
//Hello zhanghao!
//After invoke sayHello
//Before invoke sayBye
//Bye zhanghao!
//After invoke sayBye
動態代理底層實現
動態代理具體步驟：
- 通過實現 InvocationHandler 接口創建自己的調用處理器；
- 通過為 Proxy 類指定 ClassLoader 對象和一組 interface 來創建動態代理類；
- 通過反射機制獲得動態代理類的構造函數，其唯一參數類型是調用處理器接口類型；
- 通過構造函數創建動態代理類實例，構造時調用處理器對象作為參數被傳入。
既然生成代理對象是用的Proxy類的靜態方newProxyInstance，那么我們就去它的源碼里看一下它到底都做了些什么？
public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces, InvocationHandler h)throws IllegalArgumentException {
Objects.requireNonNull(h);
final Class<?>[] intfs = interfaces.clone();
final SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
if (sm != null) {
checkProxyAccess(Reflection.getCallerClass(), loader, intfs);
}
//生成代理類對象
Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs);
//使用指定的調用處理程序獲取代理類的構造函數對象
try {
if (sm != null) {
checkNewProxyPermission(Reflection.getCallerClass(), cl);
}
final Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams);
final InvocationHandler ih = h;
//如果Class作用域為私有，通過 setAccessible 支持訪問
if (!Modifier.isPublic(cl.getModifiers())) {
AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {
public Void run() {
cons.setAccessible(true);
return null;
}
});
}
//獲取Proxy Class構造函數，創建Proxy代理實例。
return cons.newInstance(new Object[]{h});
} catch (IllegalAccessException|InstantiationException e) {
throw new InternalError(e.toString(), e);
} catch (InvocationTargetException e) {
Throwable t = e.getCause();
if (t instanceof RuntimeException) {
throw (RuntimeException) t;
} else {
throw new InternalError(t.toString(), t);
}
} catch (NoSuchMethodException e) {
throw new InternalError(e.toString(), e);
}
}
利用getProxyClass0(loader, intfs)生成代理類Proxy的Class對象。
private static Class<?> getProxyClass0(ClassLoader loader, Class<?>... interfaces) {
//如果接口數量大於65535，拋出非法參數錯誤
if (interfaces.length > 65535) {
throw new IllegalArgumentException("interface limit exceeded");
}
//如果指定接口的代理類已經存在與緩存中，則不用新創建，直接從緩存中取即可；
//如果緩存中沒有指定代理對象，則通過ProxyClassFactory來創建一個代理對象。
return proxyClassCache.get(loader, interfaces);
}
ProxyClassFactory內部類創建、定義代理類，返回給定ClassLoader 和interfaces的代理類。
private static final class ProxyClassFactory implements BiFunction<ClassLoader, Class<?>[], Class<?>>{
// 代理類的名字的前綴統一為“$Proxy”
private static final String proxyClassNamePrefix = "$Proxy";
// 每個代理類前綴后面都會跟着一個唯一的編號，如$Proxy0、$Proxy1、$Proxy2
private static final AtomicLong nextUniqueNumber = new AtomicLong();
@Override
public Class<?> apply(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces) {
Map<Class<?>, Boolean> interfaceSet = new IdentityHashMap<>(interfaces.length);
for (Class<?> intf : interfaces) {
//驗證類加載器加載接口得到對象是否與由apply函數參數傳入的對象相同
Class<?> interfaceClass = null;
try {
interfaceClass = Class.forName(intf.getName(), false, loader);
} catch (ClassNotFoundException e) {
}
if (interfaceClass != intf) {
throw new IllegalArgumentException(
intf + " is not visible from class loader");
}
//驗證這個Class對象是不是接口
if (!interfaceClass.isInterface()) {
throw new IllegalArgumentException(
interfaceClass.getName() + " is not an interface");
}
if (interfaceSet.put(interfaceClass, Boolean.TRUE) != null) {
throw new IllegalArgumentException("repeated interface: " + interfaceClass.getName());
}
}
String proxyPkg = null; // package to define proxy class in
int accessFlags = Modifier.PUBLIC | Modifier.FINAL;
/*
* Record the package of a non-public proxy interface so that the
* proxy class will be defined in the same package. Verify that
* all non-public proxy interfaces are in the same package.
*/
for (Class<?> intf : interfaces) {
int flags = intf.getModifiers();
if (!Modifier.isPublic(flags)) {
accessFlags = Modifier.FINAL;
String name = intf.getName();
int n = name.lastIndexOf('.');
String pkg = ((n == -1) ? "" : name.substring(0, n + 1));
if (proxyPkg == null) {
proxyPkg = pkg;
} else if (!pkg.equals(proxyPkg)) {
throw new IllegalArgumentException("non-public interfaces from different packages");
}
}
}
if (proxyPkg == null) {
// if no non-public proxy interfaces, use com.sun.proxy package
proxyPkg = ReflectUtil.PROXY_PACKAGE + ".";
}
/*
* Choose a name for the proxy class to generate.
*/
long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement();
String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num;
/*
*
* 生成指定代理類的字節碼文件
*/
byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(proxyName, interfaces, accessFlags);
try {
return defineClass0(loader, proxyName, proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);
} catch (ClassFormatError e) {
/*
* A ClassFormatError here means that (barring bugs in the
* proxy class generation code) there was some other
* invalid aspect of the arguments supplied to the proxy
* class creation (such as virtual machine limitation
* exceeded).
*/
throw new IllegalArgumentException(e.toString());
}
}
}
一系列檢查后，調用ProxyGenerator.generateProxyClass來生成字節碼文件。
public static byte[] generateProxyClass(final String var0, Class<?>[] var1, int var2) {
ProxyGenerator var3 = new ProxyGenerator(var0, var1, var2);
// 真正用來生成代理類字節碼文件的方法在這里
final byte[] var4 = var3.generateClassFile();
// 保存代理類的字節碼文件
if(saveGeneratedFiles) {
AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {
public Void run() {
try {
int var1 = var0.lastIndexOf(46);
Path var2;
if(var1 > 0) {
Path var3 = Paths.get(var0.substring(0, var1).replace('.', File.separatorChar), new String[0]);
Files.createDirectories(var3, new FileAttribute[0]);
var2 = var3.resolve(var0.substring(var1 + 1, var0.length()) + ".class");
} else {
var2 = Paths.get(var0 + ".class", new String[0]);
}
Files.write(var2, var4, new OpenOption[0]);
return null;
} catch (IOException var4x) {
throw new InternalError("I/O exception saving generated file: " + var4x);
}
}
});
}
return var4;
}
生成代理類字節碼文件的generateClassFile方法:
private byte[] generateClassFile() {
//下面一系列的addProxyMethod方法是將接口中的方法和Object中的方法添加到代理方法中(proxyMethod)
this.addProxyMethod(hashCodeMethod, Object.class);
this.addProxyMethod(equalsMethod, Object.class);
this.addProxyMethod(toStringMethod, Object.class);
Class[] var1 = this.interfaces;
int var2 = var1.length;
int var3;
Class var4;
//獲得接口中所有方法並添加到代理方法中
for(var3 = 0; var3 < var2; ++var3) {
var4 = var1[var3];
Method[] var5 = var4.getMethods();
int var6 = var5.length;
for(int var7 = 0; var7 < var6; ++var7) {
Method var8 = var5[var7];
this.addProxyMethod(var8, var4);
}
}
Iterator var11 = this.proxyMethods.values().iterator();
List var12;
while(var11.hasNext()) {
var12 = (List)var11.next();
checkReturnTypes(var12);
}
Iterator var15;
try {
//生成代理類的構造函數
this.methods.add(this.generateConstructor());
var11 = this.proxyMethods.values().iterator();
while(var11.hasNext()) {
var12 = (List)var11.next();
var15 = var12.iterator();
while(var15.hasNext()) {
ProxyGenerator.ProxyMethod var16 = (ProxyGenerator.ProxyMethod)var15.next();
this.fields.add(new ProxyGenerator.FieldInfo(var16.methodFieldName, "Ljava/lang/reflect/Method;", 10));
this.methods.add(var16.generateMethod());
}
}
this.methods.add(this.generateStaticInitializer());
} catch (IOException var10) {
throw new InternalError("unexpected I/O Exception", var10);
}
if(this.methods.size() > '\uffff') {
throw new IllegalArgumentException("method limit exceeded");
} else if(this.fields.size() > '\uffff') {
throw new IllegalArgumentException("field limit exceeded");
} else {
this.cp.getClass(dotToSlash(this.className));
this.cp.getClass("java/lang/reflect/Proxy");
var1 = this.interfaces;
var2 = var1.length;
for(var3 = 0; var3 < var2; ++var3) {
var4 = var1[var3];
this.cp.getClass(dotToSlash(var4.getName()));
}
this.cp.setReadOnly();
ByteArrayOutputStream var13 = new ByteArrayOutputStream();
DataOutputStream var14 = new DataOutputStream(var13);
try {
var14.writeInt(-889275714);
var14.writeShort(0);
var14.writeShort(49);
this.cp.write(var14);
var14.writeShort(this.accessFlags);
var14.writeShort(this.cp.getClass(dotToSlash(this.className)));
var14.writeShort(this.cp.getClass("java/lang/reflect/Proxy"));
var14.writeShort(this.interfaces.length);
Class[] var17 = this.interfaces;
int var18 = var17.length;
for(int var19 = 0; var19 < var18; ++var19) {
Class var22 = var17[var19];
var14.writeShort(this.cp.getClass(dotToSlash(var22.getName())));
}
var14.writeShort(this.fields.size());
var15 = this.fields.iterator();
while(var15.hasNext()) {
ProxyGenerator.FieldInfo var20 = (ProxyGenerator.FieldInfo)var15.next();
var20.write(var14);
}
var14.writeShort(this.methods.size());
var15 = this.methods.iterator();
while(var15.hasNext()) {
ProxyGenerator.MethodInfo var21 = (ProxyGenerator.MethodInfo)var15.next();
var21.write(var14);
}
var14.writeShort(0);
return var13.toByteArray();
} catch (IOException var9) {
throw new InternalError("unexpected I/O Exception", var9);
}
}
}
字節碼生成后，調用defineClass0來解析字節碼，生成了Proxy的Class對象。在了解完代理類動態生成過程后，生產的代理類是怎樣的，誰來執行這個代理類。
其中，在ProxyGenerator.generateProxyClass函數中 saveGeneratedFiles定義如下，其指代是否保存生成的代理類class文件，默認false不保存。
在前面的示例中，我們修改了此系統變量：
System.getProperties().setProperty("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");
如圖，生成了兩個名為 
Proxy1.class的class文件。
動態代理流程圖：
